Magnetfeld unserer lokalen Blase kartiert

Astronomen haben erstmals das Magnetfeld der lokalen „Superbubble“ kartiert – der rund 1.000 Lichtjahre großen „Leere“ im All, in deren Mitte unser Sonnensystem liegt. Die erste 3D-Magnetkarte einer solchen Blase zeigt, dass die Magnetfelder und die durch sie polarisierten Staubströme an der Oberfläche der Suberbubble deutlich vom galaktischen Magnetfeld abweichen. Sie zeichnen die Oberflächenform der Blase nach und spielen wahrscheinlich eine entscheidende Rolle für die zahlreichen Sternenwiegen an ihrem Rand.

Unser Sonnensystem liegt in einer sich ausdehnenden galaktischen Leere – einer von vielen sternenarmen „Superbubbles“, die unsere Milchstraße durchziehen. Entstanden ist die rund 1.000 Lichtjahre große lokale Blase vor rund 15 Millionen Jahren, als eine ganze Serie von Supernovae nacheinander explodierte. Die Schockwellen dieser Sternexplosionen blies den umgebenden Raum frei und staute Gas und Staub an ihrem sich ausdehnenden Rand. Dort finden sich heute fast alle nahen Sternenwiegen und Molekülwolken.

„Das Weltall ist voll von solchen Suberbubbles, die die Bildung von neuen Sternen und Planeten fördern und die Struktur von Galaxien beeinflussen“, erklärt Erstautor Theo O’Neill vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). „Indem wir mehr über die physikalischen Prozesse lernen, die unsere lokale Blase prägen, lernen wir auch mehr über die Evolution und Dynamik solcher Suberbubbles allgemein.“

Polarisation von Strahlung als Kartierungshelfer

Wie die Oberfläche unserer lokalen Blase geformt ist, hat das CfA-Team um Leiterin Catherine Zucker bereits Anfang 2022 kartiert – jetzt folgt die erste Magnetfeld-Karte dieser uns umgebenden Superbubble. „Wir wissen schon lange, dass Magnetfelder eine wichtige Rolle für viele astrophysikalische Phänomene spielen“, sagt O’Neills Kollegin Alyssa Goodman. „Aber sie zu untersuchen ist notorisch schwierig.“

Für ihre Kartierung der lokalen Blase analysierten die Astrophysiker Daten des Planck-Satelliten zur Polarisation von Strahlung in der Milchstraße. Die Schwingungsrichtung der Strahlung verrät, wie der Staub am Rand der lokalen Blase ausgerichtet und magnetisiert ist. Zusätzlich wertete das Team Daten des europäischen Gaia-Satelliten aus, der neben der Position und Bewegung von Milliarden Sternen in unserer Galaxie auch die Polarisation eines Teils dieses Sternenlichts erfasst hat.

Erste 3D-Magnetkarte unserer Superbubble

Aus diesen Daten erstellten O’Neill und sein Team die erste dreidimensionale Magnet-Karte unserer lokalen Blase. Eine interaktive Version dieser 3D-Magnetkarte haben sie hier frei zugänglich ins Internet gestellt.

Die 3D-Karte zeigt, dass vor allem die Oberfläche dieser Superbubble deutlich magnetisiert ist, ihr Inneres dagegen kaum. Während der Rand der lokalen Blase eine deutlich ausgeprägte, gerichtete Polarisation zeigt, ist die Strahlung aus ihrem Inneren ungerichtet und nur schwach polarisiert. „Dies passt zu früheren Beobachtungen eines starken Sprungs der Polarisation in rund 1.000 Lichtjahren Entfernung von der Sonne“, so die Astrophysiker.

Stärke und Ausrichtung des Magnetfelds zeichnen den neuen Messungen zufolge klar die Topografie der Blasenoberfläche nach: „Es gibt einen starken Zusammenhang zwischen stark gebogenen Oberflächenzonen und Verzerrungen oder Veränderungen in der Ausrichtung des dortigen Magnetfelds“, berichten die Forschenden. „Damit ermöglicht uns die neue 3D-Karte, diese Superbubble auf ganz neue Weise zu erforschen.“

Einfluss auf die Bildung von Sternen und Planeten

Wichtig ist die neue Kartierung aber auch, weil Magnetfelder einen entscheidende Einfluss auf die Strömungen von ionisierten Gasen und geladenem Staub ausüben. Damit regulieren sie auch den Material-Nachschub für Sternenwiegen und beeinflussen, wo neue Sternbildungsregionen entstehen und wie produktiv sie sind. „Mit dieser Karte können wir endlich näher erforschen, wie die Magnetfelder die Sternbildung in Superbubbles beeinflussen“, sagt Goodman.

Aber auch andere kosmische Phänomene werden wahrscheinlich durch kosmische Magnetfelder und ihre indirekten Effekte geprägt. „Ich hoffe daher, dass unsere Karte erst der Anfang ist, unser Wissen über die Superbubbles in unserer Galaxie zu erweitern“, sagt O’Neill. (Authorea Preprint, 2023, doi: 10.22541/au.167303779.92162611/v3)

Quelle: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics